新型CdS/TiO纳米材料的合成及其光催化降解发酵废液初探

摘要

光催化技术能将废水和废气中各种有机和无机污染物完全矿化为CO2和H2O，并且具有能耗低、反应条件温和、二次污染少、催化剂可重复利用等优点，因此成为当前环境技术研究的热点。其中，TiO2以其稳定的化学性质、强氧化-还原能力、抗光腐蚀、无毒、廉价等优点，被广泛用作光催化剂。本论文以太阳能利用和废水处理为背景，以提高TiO2在可见光下的光催化活性为目标，制备了CdS/TiO2纳米管复合物和CdS/TiO2多孔薄膜复合物。利用在可见光下降解亚甲基蓝为模型反应，考察了复合材料的组成和结构对光催化活性的影响，并将CdS/TiO2纳米管复合物应用于发酵废液的降解。 首先，利用水热法合成得到TiO2纳米管，高温煅烧令其结晶，然后分别用沉淀法和化学还原法制备出CdS/TiO2纳米管复合材料。TEM、HRTEM、XKD、FT-IR、XPS和DRS结果表明CdS位于TiO2纳米管的内部，且有融合为纳米棒的趋势，这是由于TiO2纳米管的毛细管作用和空间局限效应造成的。光催化降解亚甲基蓝实验表明，CdS/TiO2纳米管复合物表现出较强的可见光催化活性，这可归因于TiO2纳米管对亚甲基蓝的吸附能力和该复合物的特殊结构。 其次，以鸡蛋壳膜为模板，用溶胶-凝胶法制备TiO2多孔薄膜材料，再用浸渍-还原法将CdS纳米颗粒衍生到其表面，合成出新型的CdS/TiO2纳米复合物。实验结果表明，CdS负载后的TiO2多孔薄膜材料的可见光响应性能和可见光催化降解亚甲基蓝的能力均得到提高。一方面，这是因为TiO2多孔薄膜材料，具有较大的比表面积和较高的孔隙率，可以和反应介质有更大的接触；另一方面，是因为TiO2多孔薄膜材料中含有部分未灼烧干净的碳氧化合物，在可见光下它与CdS一起受激发，并将电子注入TiO2导带，提高了复合材料的光量子效率和电子的传递速度。 第三，以CdS/TiO2纳米管复合材料为催化剂用于发酵废液的降解，通过考察催化剂量、pH值、O2有无等因素对光催化效率的影响，发现优化的催化剂量为1g/L，在碱性条件的降解效果比酸性和中性条件下要高，O2的通入也有助于发酵液的降解。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1光催化技术

1.2 TiO2光催化机理

1.3 CdS／TiO2复合材料的研究

1.3.1 CdS／TiO2颗粒复合物

1.3.2 CdS／TiO2复合电极

1.3.3 CdS@TiO2同轴纳米电缆

1.3.4 CdS／TiO2纳米管复合物

1.4光催化降解工业废水中有机污染物的研究进展

1.4.1染料废水

1.4.2有机废水

1.4.3农药废水

1.4.4表面活性剂废水

1.4.5含油废水

1.5研究工作的提出

第二章实验试剂、仪器及分析表征方法

2.1实验试剂和仪器

2.2分析表征方法

2.2.1扫描电子显微镜(SEM)

2.2.2透射电子显微镜(TEM)

2.2.3高分辨透射电子显微镜(HRTEM)

2.2.4比表面积(BET)和孔径分布测定

2.2.5 X射线衍射(XRD)

2.2.6 X射线光电子能谱(XPS)

2.2.7红外光谱(FT-IR)

2.2.8漫反射光谱(DRS)

2.3光催化性能评价实验

第三章CdS／TiO2纳米管复合材料的制备及其光催化活性的研究

3.1沉淀法制备CdS／TiO2纳米管

3.1.1实验部分

3.1.2 CdS/TiO2纳米管复合材料的结构和光催化活性研究

3.2化学还原法制备CdS/TiO2纳米管

3.2.1实验部分

3.2.2 CdS/TiO2纳米管的结构和光催化活性研究

3.3小结

第四章鸡蛋壳膜模板法合成CdS／TiO2复合物

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1鸡蛋壳膜模板的制备

4.2.2 CdS／TiO2复合物的制备

4.3 CdS／TiO2复合物的结构和光催化活性研究

4.3.1 SEM和EDX分析

4.3.2 BET和孔径分布分析

4.3.3 FT-IR分析

4.3.4 XPS分析

4.3.5 DRS分析

4.3.6光催化活性研究

4.3 小结

第五章光催化降解发酵废液的初步探讨

5.1引言

5.2实验部分

5.3影响光催化速率的因素

5.3.1催化剂用量的影响

5.3.2催化剂中CdS含量的影响

5.3.3 pH值的影响

5.3.4外加氧化剂(O2)对反应体系的影响

5.4 小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢